[发明专利]水平冷冻固结与钢套箱组合盾构进洞施工方法

摘要

本发明涉及一种水平冷冻固结与钢套箱组合盾构进洞施工方法，在洞门处布置冻结孔和测温孔；单个洞门冻结制冷设备包括：冷冻机组、盐水循环泵、冷却水循环泵和冷却塔；钢套箱包括依次螺栓连接的调整环、标准环和后端盖，调整环前端与洞门钢圈焊接连接；标准环下部设有支座，标准环分为上下两半，由螺栓连接；反力系统由反力架和钢支撑组成，使反力系统满足盾构进洞时套箱的受力要求，在钢套箱内先铺设低标号砂浆；从地面采用导管向钢套箱顶部加料口加入填仓土，使流状土充满钢套箱，剩余局部空间加水填满，确保钢套箱密封不漏。本发明提高盾构施工进洞的成功率和安全性，降低盾构进洞时涌水、涌砂的风险。

主权项

1.一种水平冷冻固结与钢套箱组合盾构进洞施工方法，其特征在于，它包括：盾构水平冷冻加固设计与施工；冻结加固厚度设计；P=0.013H；P为洞口中心处水土压力；H为洞口中心埋深；；h为冻结加固体厚度；D为加固体开挖内直径；B为系数1.2；P为洞口中心处水土压力；K为安全系数2.0；σ为抗拉折强度；水平冻结孔的布置；在洞门处布置冻结孔，冻结孔的数量为40-60个，其中外圈布置20-50个，中圈布置10-20个，内圈布置5-10个，内圈中有一个冻结孔布置在洞门中心；设置测温孔6-8个，在外圈均匀布设4-6个测温孔，在中圈和内圈之间以及内圈和洞门中心之间各布设1-2个测温孔；冷冻制冷设计冻结管的散热系数取250kcal/m2•h，冷量损失系数取1.3，采用Q=πdHKmc，其中，Q为单个洞门冻结需冷量，d为冷冻加固直径，H冻结加固厚度，K为冷量损失系数，m为冻结管散热系数，c为温差值；单个洞门冻结制冷设备包括：冷冻机组、盐水循环泵、冷却水循环泵和冷却塔；使用到的管路包括盐水干管、集配液管、冷却水管、水平冻结管、垂直冻结管、测温管和供液管；还包括盐水箱、冷却水箱、冷冻机油、制冷剂和冷媒剂；（4）冻结加固的设计要求；a．钻孔施工开孔误差不大于100mm；钻孔最大偏斜值不得大于150mm，且所有钻孔均应进行终孔测斜，并绘制钻孔偏斜图和各钻孔位置成孔图，据此确定是否补孔及补孔位置，外圈孔不进入盾构开挖面；b．冻结管、测温管管材均采用20号碳素结构钢，管路连接均采用外管箍焊接连接，选择的外管箍材质应与连接管路材质相同；c．冻结孔钻进深度不小于设计值，不大于设计0.5m，不能循环盐水的管头长度不得大于150mm；d．冻结管下放后应进行注入清水试压，试验压力为工作盐水压力的1.5-2.0倍，经试压30min压力下降不超过0.05MPa，再延续15min压力不变为合格；e．施工冻结孔时的土体流失量不得大于冻结孔体积，否则应及时进行注浆控制地层沉降；f．设计积极冻结时间不小于35天；要求冻结孔单孔流量不小于5m³/h；积极冻结7天盐水温度降至-18℃以下；开挖时盐水温度降至-28℃以下；去、回路盐水温差不大于2℃；如盐水温度和盐水流量达不到设计要求，应延长积极冻结时间；g．积极冻结时，在冻结区附近200m范围内不得采取降水措施；在冻结区内土层中不得有集中水流；h．开挖区冻结孔布置圈冻结壁与接受井支护交界处温度不高于－8℃，其他部位冻结壁平均温度为－10℃及以下；（二）盾构钢套箱结构与安装；钢套箱包括依次螺栓连接的调整环、标准环和后端盖，调整环前端与洞门钢圈焊接连接；标准环下部设有支座，标准环分为上下两半，由螺栓连接；反力系统由反力架和钢支撑组成，反力架设于后端后后端，钢支撑撑在后端盖后端的反力架上，使反力系统满足盾构进洞时套箱的受力要求，在钢套箱内先铺设低标号砂浆；安装套箱时长度根据盾构接收井的长度进行调整，由于盾构机为曲线进洞，调整环根据盾构进洞的角度预先设置出预留角度，洞门钢圈与调整环采用烧焊连接，钢套箱的法兰端与调整环采用螺栓连接；钢套箱定位时，要求钢套箱架中心线、线路中心线两条控制线重合，误差不大于1cm，在开始安装钢套箱之前，首先在基坑里确定线路中心线，也就是钢套箱的中心线，钢套箱安装完成后，对钢套箱位置进行复测，在确认与盾构机到达的中心线满足重合要求后，采用槽钢或工字钢对钢套箱左右进行加撑固定；从地面采用导管向钢套箱顶部加料口加入填仓土，使流状土充满钢套箱，剩余局部空间加水填满，确保钢套箱密封不漏。